Den elektriske ledningsevnen til dielektrikum er en viktig fysisk egenskap. Informasjon om det lar deg identifisere bruksområder for materialer.
Vilkår
I henhold til ledningsevnen til elektrisk strøm deles stoffer inn i grupper:
- dielektrikk;
- halvledere;
- conductors.
Metaller er utmerkede strømledere - deres elektriske ledningsevne når 106–108 (Ohm m)-1.
Og dielektriske materialer er ikke i stand til å lede strøm, så de brukes som isolatorer. De har ikke gratis ladningsbærere, skiller seg i dipolstrukturen til molekyler.
Halvledere er solide materialer med middels konduktivitetsverdier.
klassifisering
Alle dielektriske materialer er delt inn i polare og ikke-polare typer. I polare isolatorer er sentrene for positive og negative ladninger off-senter. Molekylene til slike stoffer ligner i sine elektriske parametere på en stiv dipol, som har sitt eget dipolmoment. Vann kan brukes som polare dielektriske stoffer.ammoniakk, hydrogenklorid.
Ikke-polare dielektriske stoffer kjennetegnes ved sammenfallende sentre for positive og negative ladninger. De ligner i elektriske egenskaper på en elastisk dipol. Eksempler på slike isolatorer er hydrogen, oksygen, karbontetraklorid.
Elektrisk ledningsevne
Den elektriske ledningsevnen til dielektrikum forklares av tilstedeværelsen av et lite antall frie elektroner i molekylene deres. Med forskyvning av ladninger inne i stoffet over en viss tidsperiode, observeres en gradvis etablering av en likevektsposisjon, som er årsaken til utseendet til en strøm. Den elektriske ledningsevnen til dielektrikum eksisterer i det øyeblikket spenningen slås av og på. Tekniske prøver av isolatorer har maksim alt antall gratis ladninger, derfor vises ubetydelige gjennomstrømmer i dem.
Den elektriske ledningsevnen til dielektrikum ved konstant spenningsverdi beregnes ut fra gjennomstrømmen. Denne prosessen involverer frigjøring og nøytralisering av eksisterende ladninger på elektrodene. Ved vekselspenning påvirkes verdien av aktiv ledningsevne ikke bare av gjennomstrømmen, men også av de aktive komponentene til polarisasjonsstrømmene.
De elektriske egenskapene til dielektrikum avhenger av strømtettheten, motstanden til materialet.
Solid Dielectrics
Den elektriske ledningsevnen til fast dielektrikum er delt inn i bulk og overflate. For å sammenligne disse parametrene for forskjellige materialer, brukes verdiene for volumspesifikke og overflatespesifikke.motstand.
Full ledningsevne er summen av disse to verdiene, verdien avhenger av fuktigheten i miljøet og omgivelsestemperaturen. Ved kontinuerlig drift under spenning er det en reduksjon i gjennomstrømmen som går gjennom flytende og faste isolatorer.
Og i tilfelle en økning i strømmen etter en viss tid, kan vi snakke om at det vil skje irreversible prosesser inne i stoffet, som fører til ødeleggelse (sammenbrudd av dielektrikumet).
Funksjoner i gassform
Gassformig dielektrikum har ubetydelig elektrisk ledningsevne hvis feltstyrken får minimumsverdier. Forekomsten av en strøm i gassformige stoffer er bare mulig i de tilfeller de inneholder frie elektroner eller ladede ioner.
Gassformig dielektrikum er isolatorer av høy kvalitet, derfor brukes de i moderne elektronikk i store volumer. Ionisering i slike stoffer er forårsaket av eksterne faktorer.
På grunn av kollisjoner av gassioner, så vel som under termisk eksponering, ultrafiolett eller røntgeneksponering, observeres også prosessen med dannelse av nøytrale molekyler (rekombinasjon). Takket være denne prosessen begrenses økningen i antall ioner i gassen, en viss konsentrasjon av ladede partikler etableres i løpet av kort tid etter eksponering for en ekstern ioniseringskilde.
I prosessen med å øke spenningen som påføres gassen, øker bevegelsen av ioner til elektrodene. De er ikkehar tid til å rekombinere, så de utlades ved elektrodene. Med en påfølgende økning i spenningen øker ikke strømmen, det kalles metningsstrøm.
Med tanke på ikke-polare dielektriske stoffer, merker vi at luft er en perfekt isolator.
Flytende dielektrikk
Den elektriske ledningsevnen til flytende dielektriske stoffer forklares av særegenhetene ved strukturen til flytende molekyler. Ikke-polare løsningsmidler inneholder dissosierte urenheter, inkludert fuktighet. I polare molekyler er ledningsevnen til den elektriske strømmen også forklart av prosessen med desintegrering til ioner av selve væsken.
I denne aggregeringstilstanden er strømmen også forårsaket av bevegelsen av kolloidale partikler. På grunn av umuligheten av å fullstendig fjerne urenheter fra et slikt dielektrikum, oppstår det problemer med å skaffe væsker med lav strømledningsevne.
Alle typer isolasjon involverer leting etter alternativer for å redusere den spesifikke ledningsevnen til dielektrikum. For eksempel fjernes urenheter, temperaturindikatoren justeres. En økning i temperatur forårsaker en reduksjon i viskositet, en økning i mobiliteten til ioner og en økning i graden av termisk dissosiasjon. Disse faktorene påvirker ledningsevnen til dielektriske materialer.
Elektrisk ledningsevne for faste stoffer
Det forklares med bevegelsen av ikke bare ionene til selve isolatoren, men også ladede partikler av urenheter inne i det faste materialet. Når den passerer gjennom den faste isolatoren, oppstår en delvis fjerning av urenheter, som gradvispåvirker ledningen. Tatt i betraktning de strukturelle egenskapene til krystallgitteret, skyldes bevegelsen av ladede partikler svingninger i termisk bevegelse.
Ved lave temperaturer beveger positive og negative urenheter seg. Slike typer isolasjon er typiske for stoffer med en molekylær og atomær krystallstruktur.
For anisotrope krystaller varierer verdien av spesifikk ledningsevne avhengig av aksene. For eksempel, i kvarts i retningen parallelt med hovedaksen, overskrider den den vinkelrette posisjonen med 1000 ganger.
I faste porøse dielektriske stoffer, hvor det praktisk t alt ikke er fuktighet, fører en liten økning i elektrisk motstand til en økning i deres elektriske motstand. Stoffer som inneholder vannløselige urenheter viser en betydelig reduksjon i volummotstand på grunn av endringer i fuktighet.
Polarisering av dielektrikum
Dette fenomenet er assosiert med en endring i posisjonen til partiklene til isolatoren i rommet, noe som fører til oppsamling av et elektrisk (indusert) moment av hvert makroskopisk volum av dielektrikumet.
Det er en polarisering som skjer under påvirkning av et eksternt felt. De skiller også ut en spontan versjon av polarisering som vises selv i fravær av et eksternt felt.
Den relative permittiviteten er preget av:
- kapasitans til en kondensator med dette dielektrikumet;
- størrelsen i et vakuum.
Denne prosessen er ledsaget av utseendet tiloverflaten av dielektrikumet til bundne ladninger, som reduserer mengden spenning inne i stoffet.
I tilfelle av fullstendig fravær av et eksternt felt, har ikke et separat element i det dielektriske volumet et elektrisk moment, siden summen av alle ladninger er null og det er sammenfall av negative og positive ladninger i plass.
Polarisasjons alternativer
Under elektronpolarisering skjer det et skift under påvirkning av et eksternt felt i atomets elektronskall. I den ioniske varianten observeres en forskyvning av gitterstedene. Dipolpolarisering er preget av tap for å overvinne indre friksjon og bindekrefter. Den strukturelle versjonen av polarisering regnes som den tregeste prosessen, den er preget av orienteringen av inhomogene makroskopiske urenheter.
Konklusjon
Elektriske isolasjonsmaterialer er stoffer som lar deg oppnå pålitelig isolasjon av enkelte komponenter i elektrisk utstyr under visse elektriske potensialer. Sammenlignet med strømledere har mange isolatorer en betydelig høyere elektrisk motstand. De er i stand til å skape sterke elektriske felt og akkumulere ekstra energi. Det er denne egenskapen til isolatorer som brukes i moderne kondensatorer.
Avhengig av den kjemiske sammensetningen er de delt inn i naturlige og syntetiske materialer. Den andre gruppen er den mest tallrike, derfor er det disse isolatorene som brukes i en rekke elektriske apparater.
Avhengig av de teknologiske egenskapene, er struktur, sammensetning, film, keramikk, voks, mineralisolatorer isolert.
Når sammenbruddsspenningen er nådd, observeres et sammenbrudd som fører til en kraftig økning i størrelsen på den elektriske strømmen. Blant de karakteristiske trekkene ved et slikt fenomen kan man trekke frem en liten styrkeavhengighet av stress og temperatur, tykkelse.
